Giyilebilir Robot ALS Hastalarının Günlük İşlevlerini Yeniden Kazanmasına Yardımcı Oluyor

2018’den beri ALS tanısı ile yaşayan Kate Nycz, motor işlevlerini yavaş yavaş kaybetmenin ne anlama geldiğini bizzat deneyimliyor. “Kolumu belki 90 dereceye kadar kaldırabiliyorum ama sonra yoruluyor ve düşüyor. Sağ elimle yemek yemek ya da tekrarlayan bir hareket yapmak zorlaşıyor. Eskiden baskın elim sağ elimdi, şimdi büyük ölçüde solak oldum.” diyor.

ALS gibi nörodejeneratif hastalıklarla yaşayan ya da felç geçiren kişiler, omuz, kol veya el hareketlerinde bozulma nedeniyle diş fırçalamak, saç taramak veya yemek yemek gibi günlük görevlerde zorluk çekiyor.

Harvard’daki biyomühendisler, son yıllarda yumuşak ve giyilebilir bir robot üzerinde çalışıyor. Cihaz, yalnızca hareket desteği sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda terapi süreçlerini destekleyerek hareketliliğin yeniden kazanılmasına da yardımcı olmayı hedefliyor avncak her bireyin hareket biçimi farklı olduğundan, özellikle hareket kısıtlılığı yaşayan kişiler için herkese uyan tek bir tasarım yapmak oldukça zor.

Gelişmeler gösteriyor ki, makine öğrenimi bu noktada kişisel dokunuş sağlayabiliyor. Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacıları, Massachusetts General Hospital (MGH) ve Harvard Tıp Fakültesi ile birlikte, cihazı bireyin hareketine daha duyarlı hale getirdi. Yeni yazılım güncellemesi sayesinde kullanıcıya kişiselleştirilmiş destek vererek günlük görevlerde daha kontrollü yardım sunabiliyor.

Araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı. Çalışmaya, insan odaklı destekleyici robotlar geliştiren Conor Walsh liderlik etti. Walsh’un ekibi, felç ve nörorehabilitasyon uzmanı Dr. David Lin ile ALS konusunda uzman Dr. Sabrina Paganoni ile altı yıldan uzun süredir iş birliği yapıyor. Paganoni şunları söyledi: “Dr. Walsh’un ekibi baştan beri hem klinisyen hem de hasta bakış açısını dahil etmeyi öncelik haline getirdi. Bu yaklaşım, ilk prototiplerden itibaren birlikte çalışmamızı sağladı.”

Nycz, ALS teşhisi konduktan kısa süre sonra 2018’de Paganoni aracılığıyla araştırma ekibine yönlendirildi. O günden beri farklı versiyonların testlerine katıldı ve geri bildirim verdi. Son versiyonda kişiselleştirilmiş motor geri bildirim bileşeni de bulunuyor. Nycz şöyle diyor: “Teknolojiye meraklıyım ve ALS ile yaşayan insanların yaşam kalitesini artıracak cihazların peşindeyim… Bu robotun bu amaca hizmet edebileceğini düşünüyorum.”

Makine Öğrenimiyle Yazılım Güncellemesi

Cihaz, sensörlerle donatılmış bir yelekten ve kolun altına yerleştirilen, şişip inerek destek sağlayan balondan oluşuyor. Yeni yazılım, hareket ve basıncı izleyen sensörlerle kullanıcının yapmak istediği hareketi öğreniyor ve destek seviyesini kişiye göre ayarlıyor.

Önceki sürümlerde yalnızca hareket izleme vardı. Bu durumda bazı kullanıcılar, kol yukarı kaldırıldıktan sonra aşağı indirmekte zorlanıyordu. Ortak yazar ve lisansüstü öğrenci James Arnold durumu “Bazı kişiler, robotun yaptığı en ufak hatayı bile düzeltecek güce sahip değildi.” sözleriyle açıkladı.

Yeni sürümde araştırmacılar, daha önce geliştirdikleri ve hareket sırasında kolu desteklemek için gereken minimum basıncı tahmin eden fizik tabanlı modeli de ekledi. Böylece robotun desteği daha doğal hissediliyor, yemek yemek ya da su içmek gibi görevlerde daha ince ayar yapılmış yardım sağlanıyor. Makine öğrenimi ve fizik tabanlı modellerin birleşimi, robotun yardımı gerektiğinde artırıp azaltabilmesini sağladı.

Kullanıcı Testleri

MGH ile iş birliği içinde yürütülen testlerde, beşi felç geçirmiş, dördü ALS hastası olan toplam dokuz gönüllü cihazı denedi. Paganoni şunları söyledi: “ALS ile yaşayan kişiler için en önemli faktörler arasında konfor, kullanım kolaylığı ve cihazın özel ihtiyaçlara uyum sağlayabilmesi var. Kişiselleştirme, fonksiyonel bağımsızlığı ve yaşam kalitesini artırmak için kritik öneme sahip… Bu cihaz, üst uzuv işlevlerini önemli ölçüde geliştirme ve günlük yaşam aktivitelerini kolaylaştırma potansiyeli taşıyor.”

Sonuçlar, robotun kullanıcının omuz hareketlerini %94 doğrulukla ayırt edebildiğini gösterdi. Kullanıcının kolunu indirmek için harcadığı güç önceki sürümlere kıyasla üçte bir oranında azaldı. Omuz, dirsek ve bileklerde daha geniş hareket aralıkları elde edildi. Katılımcılar vücutlarını yana eğme veya bükme ihtiyacını azalttı ve daha doğru, verimli hareketler yapabildi.

Geçmiş çalışmalarda cihaz genellikle tek bir ekleme ya da klinik ölçüme odaklanmıştı. Ortak yazar ve doktora sonrası araştırmacı Prabhat Pathak, söz konusu çalışmayı özetledi: “Burada günlük yaşam aktivitelerinin simülasyonlarına baktık. Film yapımında kullanılan sistemlere benzer yüksek hassasiyetli hareket yakalama teknolojisi kullandık. Her bir eklem hareketinin nasıl değiştiğini ve görevleri daha verimli yapıp yapmadıklarını inceledik.”

Nycz, yıllar içinde cihazın farklı sürümlerini görmekten memnuniyet duyduğunu belirtti: “Kişiyi sürece dahil etmede harika iş çıkardılar. Sadece laboratuvarda robotla oynamıyorlardı, benimle gerçekten ilgilendiler. Kendimi kobay ya da bir dişli gibi hissetmedim.”

Daha Geniş Kullanım Potansiyeli

Araştırmacılar, cihazın üst uzuv sorunları yaşayan birçok kişiye uyarlanabileceğini ifade etti. Felçli hastalar için amaç genellikle güç ve hareketin kademeli olarak geri kazanımı iken, ALS ilerleyici bir hastalık olduğu için cihaz daha çok hareket desteği açısından değerli olabilir.

Ulusal Bilim Vakfı’nın Convergence Accelerator programı desteğiyle ekip teknolojiyi geliştirmeyi sürdürüyor. Amaç, bir gün kullanıcıların cihazı evlerinde bağımsız şekilde kullanabilmesini sağlamak.

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://www.therobotreport.com/wearable-robot-helps-als-patients-regain-daily-function/